Perché è così difficile progettare PCB RF e a microonde?

Per quanto riguarda la spiegazione più semplice, i circuiti stampati per radiofrequenze e microonde sono progettati per operare ad alte frequenze, quindi il processo di progettazione è un po' più complesso. Oltre a essere più sensibili al rumore del segnale, richiedono materiale conduttivo e hanno angoli vivi.

I circuiti stampati RF e a microonde sono progettati per operare con segnali ad alta frequenza.

I circuiti RF e a microonde sono schede specializzate progettate per gestire segnali ad alta frequenza. Queste schede sono spesso realizzate con materiali a basso CTE, che le rendono più stabili in condizioni di alta temperatura. Inoltre, consentono un facile allineamento di più strati. Inoltre, presentano una struttura di impilamento delle schede multistrato che contribuisce a ridurre i costi di assemblaggio e a massimizzare le prestazioni. I segnali ad alta frequenza sono molto sensibili al rumore e i progettisti devono garantire che i loro circuiti stampati siano resistenti a questo rumore.

Un substrato ad alta permeabilità è essenziale per un PCB RF. La permittività relativa è il rapporto tra la costante dielettrica e la permittività del vuoto. Questa caratteristica è importante perché riduce al minimo lo spazio necessario sul circuito stampato. Inoltre, i materiali del substrato devono essere stabili sia alle alte che alle basse temperature e devono essere resistenti all'umidità.

Sono più sensibili al rumore del segnale

Il rumore dei segnali ad alta frequenza è un problema comune dei circuiti stampati a radiofrequenza e a microonde e i progettisti devono prestare particolare attenzione a ridurne gli effetti. I segnali a radiofrequenza e a microonde hanno una tolleranza molto più bassa per il rumore di segnale rispetto ai segnali digitali ad alta velocità e devono essere modellati in modo da minimizzarne gli effetti. Per garantire che il percorso del rumore di segnale sia ininterrotto, è necessario utilizzare un piano di massa sul circuito stampato.

Il rumore di segnale può avere una serie di effetti negativi sui circuiti stampati per radio e microonde. In primo luogo, i segnali a radiofrequenza e a microonde sono più sensibili al rumore di segnale perché viaggiano lungo un percorso di minima resistenza. I segnali con frequenze più elevate tendono a percorrere percorsi a bassa induttanza, il che può causare rumore di segnale e ringing. Pertanto, è fondamentale garantire un piano di massa continuo dal driver al ricevitore.

Richiedono materiale conduttivo per dissipare il calore.

Quando si applica l'alimentazione a un circuito stampato a radiofrequenza o a microonde, il materiale conduttore deve dissipare il calore generato. Ciò avviene seguendo il modello generale del flusso di calore, secondo il quale il calore fluisce dalla sorgente all'area a temperatura più bassa. In genere, per le applicazioni RF si utilizza un materiale conduttivo come il rame, che ha la capacità di dissipare il calore senza perdite.

La costante dielettrica (Dk) di un substrato PCB determina la capacità di dissipare il calore. I PCB realizzati in materiale conduttivo hanno un valore Dk inferiore rispetto a quelli realizzati in materiale inerte. Valori elevati di Dk si traducono in PCB più piccoli.

Richiedono molteplici regole di progettazione

I circuiti stampati a radiofrequenza e a microonde hanno diverse regole di progettazione che devono essere seguite per ottenere prestazioni ottimali. Ad esempio, il layout di un PCB RF/microonde deve tenere conto della necessità di un adattamento di impedenza tra i conduttori, che è fondamentale quando si tratta di RF. Inoltre, il layout del circuito deve ridurre al minimo il rischio di diafonia, ovvero lo scambio di energia tra conduttori.

Un'altra regola importante nella progettazione di un PCB RF/microonde è che il materiale del substrato deve essere in grado di assorbire una bassa umidità. Ciò contribuirà a ridurre lo spazio necessario per il circuito stampato. Un'altra considerazione per i materiali del substrato è la permittività relativa, che è il rapporto tra la costante dielettrica e la permittività del vuoto. Idealmente, la permittività relativa dei materiali per PCB RF/microonde dovrebbe essere sufficientemente alta da consentire interconnessioni ad alta velocità senza compromettere la larghezza delle linee e le tolleranze di impedenza. Ciò richiede un'attenta analisi dei parametri preliminari e dei materiali, che devono essere determinati utilizzando un diagramma del circuito stampato.

La differenza tra progettazione di schede flessibili e PCB rigidi

Se siete interessati ai circuiti stampati flessibili, vi starete chiedendo quale sia la differenza tra una scheda flessibile e una rigida. Sebbene entrambi utilizzino l'FR4 come materiale isolante principale, esistono alcune differenze tra una scheda flessibile e una rigida. La prima differenza importante è che una scheda flessibile può essere montata o incollata su una superficie. Un'altra grande differenza è che una scheda flessibile può essere dotata di una pellicola di schermatura. L'ultima differenza tra un PCB rigido e un PCB flessibile è il tipo di materiale isolante utilizzato.

L'FR4 è il materiale isolante rigido più comune per i PCB flessibili.

I PCB rigidi sono costruiti con laminato epossidico FR4. In genere, questo materiale è il meno costoso per la produzione di PCB. Tuttavia, questo materiale non è adatto alle applicazioni che richiedono prestazioni ad alta temperatura. Per ovviare a questo problema, i produttori utilizzano laminati per alte temperature sul nucleo FR4. Ciò consente di ridurre i costi, aumentare la durata e migliorare le prestazioni.

I PCB flessibili sono realizzati con materiali flessibili, come il poliestere o il film di poliimmide. Questi materiali sono poco costosi, ma non sono ideali per i circuiti ad alta frequenza. I PCB rigidi richiedono il materiale FR4 per funzionare in modo efficiente. I PCB rigidi sono utilizzati anche nell'industria medica e farmaceutica e in vari tipi di apparecchiature.

Le considerazioni da fare quando si scelgono i circuiti stampati FR4 sono molte, ma la più importante è la qualità del prodotto. Anche se molti produttori realizzano prodotti a prezzi accessibili, non bisogna scendere a compromessi sulla qualità. Lo spessore è importante quando si tratta di determinare il numero di strati di una scheda. Una lastra più spessa durerà più a lungo. Inoltre, bisogna assicurarsi che la corrispondenza dell'impedenza sia corretta, un aspetto essenziale in qualsiasi circuito elettrico.

L'FR4 ha una costante dielettrica molto elevata, che lo rende ideale per condizioni meccaniche e di temperatura elevate. Tuttavia, l'FR4 non è raccomandato per le applicazioni ad alta frequenza. Per queste applicazioni, i laminati ad alta frequenza sono una scelta migliore.

Conduttori sfalsati nella progettazione di schede flessibili

I conduttori offset sono un elemento importante nella progettazione di un circuito flessibile. Sebbene siano un'ottima scelta per molte applicazioni, possono anche causare problemi. Possono essere danneggiati durante l'assemblaggio, l'uso e la manipolazione. Per evitare che ciò accada, è importante il materiale utilizzato. Esistono diversi tipi di materiali e i produttori devono decidere quale sia il più adatto alle loro esigenze. Alcuni materiali comuni utilizzati per i circuiti flessibili sono il rame e la poliimmide.

Le tracce sfalsate aiutano a evitare che le sollecitazioni in eccesso si concentrino sui conduttori esterni durante la piegatura. Gli elementi in rame devono avere uno spazio minimo di 0,025 pollici sugli strati esterni. Inoltre, è importante bilanciare lo spessore degli strati flessibili. Inoltre, gli strati flessibili possono essere utilizzati in coppia. È anche importante tenere l'adesivo flex lontano dall'area rigida. Inoltre, i layout paralleli aiutano a eliminare le sollecitazioni meccaniche.

I circuiti flessibili sono tipicamente di due tipi: rigidi e flessibili. I circuiti flessibili sono spesso indicati come progetti di schede flessibili. Questo tipo di scheda è costituita da più strati di rame e ogni strato può essere piegato a vari gradi. Il raggio di curvatura è importante per mantenere la forma e l'integrità del circuito.

I circuiti flessibili sono diversi dai circuiti rigidi, ma molti dei processi sono gli stessi. Il materiale flessibile, di solito poliimmide rivestito di rame, viene forato, placcato, sottoposto a fotoimmagine e sviluppato. Quindi viene cotto per rimuovere l'umidità in eccesso. Infine, viene ricoperto da uno strato di coverlay, che impedisce alla scheda di staccarsi e creparsi.